基于UG三维建模功能在绞吸泵设计与建模中的应用

樊小波，张东东，王彩君

基于UG三维建模功能在绞吸泵设计与建模中的应用

樊小波，张东东，王彩君

（青海高等职业技术学院，青海 海东 810799）

绞吸泵作为绞吸式疏浚船的核心部件，其质量直接影响疏浚作业的效率和使用寿命。目前因为港口建设、内河道维护、浅海作业等工程的不断开展以及作业成本的不断提高，如何设计高效、大功率的疏浚船成为各个疏浚船制造商竞相追逐的一个目标。因为绞吸泵设计的合理性对后续模型建立和流场分析有着比较关键的影响，所以首先对绞吸泵进行设计，叶轮设计主要依据《现代泵技术手册》，再通过UG三维建模功能对绞吸泵的整体机构、叶轮流道、压水室流道进行建模。

绞吸泵；疏浚船；叶轮设计；UG三维建模

1 引言

为使生产的工程船能够在浅海进行高效作业，对工作的核心部件大型绞吸泵从设计和三维建模上着手进行研究。在设计上，结合普通水泵的设计方法和泥沙沉降理论，确定了叶轮和压水室的结构和形式。建模方面，利用建模软件UG进行三维建模。

叶片数量和形状方面，主要通过比较叶片工作面为Bezier曲线和分段圆弧，以及叶片数量和分流叶片对泵内部的流场分布的影响；流量方面，比较了基于设计流量，泵在不同流量点下的流场分布；浓度方面，分析了所设计的泵所能输送物质中固体颗粒的最大浓度含量；工作角度方面，模拟绞吸泵在疏浚船实际的工作位置，根据流场分布确定最佳工作角度的范围。

2 绞吸泵的设计

绞吸泵设计的合理性对后续模型建立和流场分析有着较关键的影响，整个泵的设计计算基于《现代泵技术手册》。

已知设计参数要求：流量=8 000 m3/h，扬程=70 m，必需汽蚀余量=5 m。

2.1 叶轮、叶片直径的确定

2.1.1 叶轮进口当量直径0

2.1.2 叶轮进口直径j

对于单级离心泵，j=0=740.7 mm。

对叶片进口直径1的初步计算，由于泵的比转速为78.69，取1=1，1=1j=1×740.7=740.7 mm。

2.1.3 叶片进口宽度1

2.1.4 叶片出口宽度2

由于过流物质为泥沙、石头等，为防止大颗粒石头无法排出叶轮导致无法工作，增加叶轮出口宽度，取2=150 mm。

2.2 叶轮外径

2.2.1 理论扬程

2.2.2 无穷叶片数理论扬程

按直锥形吸水室，取系数=0.62，则：

2.2.3 出口速度

取叶片实际厚度2=100 mm，2=90°，则排挤系数

2.2.4 出口轴面速度

2.2.5 出口圆周速度

2.2.6 叶轮出口直径

计算结果2=1 919.2 mm与假设值1 900 mm相差较大，以2=1 919.2 mm为假设值重新计算。取2=1 919.2 mm。

综上所述，叶轮的部分主要几何参数如表1所示。涡室断面图和平面如图1所示。

表1 叶轮部分主要参数

参数名称计算结果/mm最终取值/mm 泵的最小轴径d205.5206 叶轮进口直径Dj740.7750 叶片进口直径D1740.7750 叶片出口直径D21 919.21 920 叶轮进口宽度b1231.47250 叶轮出口宽度b297150 叶片数Z84+4

3 UG三维建模

3.1 整体结构的建模

完成计算之后，利用机械绘图软件UG对绞吸泵的结构进行建模，如图2和图3所示。

3.2 叶轮流道的建模

通过上述计算之后利用木模设计出叶轮的曲线，为便于分析和网格划分对叶轮进行了部分结构的变化，如图4所示。根据分析需要对不同形式的叶片也进行了建模，如图5所示。在UG软件中将完整的叶轮与叶片求差，就可以得到需要进行分析的叶轮流道形式，如图6所示。

3.3 压水室流道的建模

通过计算之后画出各个截面的形状，通过UG软件中的曲线网格命令对压水室流道的模型进行网格，如图7所示。将叶轮和压水室装配，如图8所示。

4 结论

本文主要根据选定的工况，通过渣浆泵的计算公式进行了叶轮尺寸以及压水室结构的设计计算。根据计算结果，利用三维建模软件UG对泵的叶片（不同形式）、压水室、盖板以及叶轮流道和压水室流道进行了建模。

图1 涡室断面图和平面图

图2 绞吸泵装配爆炸图

1—泵前盖；2—叶轮；3—蜗壳；4—泵后盖。

图4 叶轮流道

图5 叶片形式

图6 叶轮全流道

图7 压水室建模

图8 泵的装配

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TH311

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.004

2095－6835（2019）20－0009－03

〔编辑：严丽琴〕